Новости науки 24.01.02. Переход жидкость-пар для ядерной материи.

Ядро атома можно рассматривать как каплю ядерной жидкости, и по мере увеличения температуры ядерная жидкость, как и обычная жидкость, должна испаряться. Американским и канадским ученым впервые удалось экспериментально исследовать фазовый переход жидкость-газ и построить диаграммы состояния для ядерной материи.

Капельная модель ядра, в рамках которой атомные ядра рассматриваются как капли практически несжимаемой ядерной жидкости, была предложена в тридцатых годах прошлого века. Развитый на основе таких представлений подход, учитывающий наличие поверхности ядра (нуклоны, располагающиеся на поверхности ядра, имеют меньшее число связей с другими нуклонами, чем "внутренние" нуклоны) и кулоновское взаимодействие между нуклонами, позволяет достаточно хорошо описывать свойства реальных атомных ядер. Логично предположить, что, как и для обычного вещества, для ядерной материи при изменении термодинамических параметров (например, при повышении температуры) должны наблюдаться переходы из одного фазового состояния в другое (из жидкого - в газообразное). Однако экспериментальное исследование фазовых переходов в ядерной материи представляет собой сложную задачу, так как возможности манипулирования со сверхплотной ядерной материей, очевидно, очень невелики. Можно вызвать распад ядра на множество частей (мультифрагментацию), воздействуя на него высокоэнергетичными частицами, однако корректность описания поведения этого процесса на языке фазового перехода жидкость - газ до недавних пор вызывала сомнение.

В последние годы был получен ряд интересных экспериментальных результатов, например, два года назад было показано, что при "испарении"(распаде на несколько фрагментов) ядра его теплоемкость отрицательна (как и при плавлении атомных кластеров ), что связано с ограниченностью числа нуклонов, содержащихся в ядре. А только что в Physical Review Letters опубликована работа группы американских и канадских ученых, которым впервые удалось экспериментально исследовать фазовый переход жидкость - газ и построить диаграммы состояния для ядерной материи [1].

Рис.1. Приведенная диаграмма состояния в координатах давление-температура. Жирная линия - кривая равновесия фаз (ниже ее - газ, выше -жидкость).

В экспериментах, проведенных в Brookhaven National Laboratory, золотая мишень подвергалась бомбардировке выскокоэнергетичными пионами. После взаимодействия с пионом из ядра вылетает несколько частиц, и оно оказывается в возбужденном состоянии. Ядро в таком состоянии можно рассматривать как ядерную жидкость, нагретую до некоторой температуры ("избыток энергии" в пересчете на один нуклон составляет несколько МэВ). Далее происходит распад находящегося в возбужденном состоянии ядра на несколько фрагментов; разлетающиеся "осколки" (и продукты их распада) регистрируются детекторами, при этом фиксируется количество фрагментов распада с различными атомными номерами Z. Анализ доли фрагментов распада с данным Z в зависимости от температуры ядерной материи позволил установить, что описание поведения системы на языке фазового перехода жидкость-газ является корректным. Были построены диаграммы состояния для ядерной материи (они позволяют определить, как будет меняться состояние системы при изменении термодинамических параметров). Диаграмма состояния в координатах давление-температура представлена на рис.1 (надо понимать, что термин давление применительно к "газу" разлетающихся фрагментов достаточно условен). Как и для обычной жидкости, для ядерной жидкости кривая фазового равновения в некоторой (критической) точке заканчивается (при температурах и давлениях, превышающих критические, различие между фазами исчезает). Эксперименты показывают, что критическая температура для ядерной жидкости равняется примерно 80 миллиардам кельвинов.

1. J.B.Elliot, L.G.Moretto, L.Phair et al. Phys.Rev.Lett., v.88, 042701 (2002).

Е.Онищенко.

Обсудить на форуме

На главную страницу

перейти к началу страницы